目標特征研究

南建設 ,張 芹

(中國西南電子技術研究所,成都610036)

1 引 言

“目標”可以指一個實體,例如一座橋梁,也可以指一個虛擬的概念,例如“四個現代化”。本文所指的目標應用于軍事領域,它可以是一個用幾何尺寸、質量來描述的物理存在,例如飛機,也可以是一個僅能用時域、空域、頻域描述的輻射源;可以是單一實體如單兵、橋梁,也可以是一個組合的集群如航母編隊(“目標”中還有“目標”),等等。由于目標的復雜程度不一、類型繁多,再加之對目標的不同觀察角度所導致的認知差異,因此對“目標”的定義會產生不同的描述,而當它們匯聚在一起的時候,就可能產生沖突和歧義。由于缺失相應的標準規(guī)范,目標的定義、目標的識別要素、目標數據的存儲格式等沒有統(tǒng)一規(guī)范,使得目標數據采集不全、目標識別率低、目標數據應用困難,因此,迫切需要加強對目標的研究,以支撐相應信息系統(tǒng)的建設。

本文通過研究目標固有的能力及在各類傳感器中顯示的特征參數集,分析目標外溢的特征參數與內斂的威懾能力之間的關聯關系,構建統(tǒng)一的目標特征體系,使不同部門、不同偵察傳感器對同一目標的屬性和目標的威脅程度具有同一判決認知準則,為目標數據的有效采集、比對、應用奠定基礎。

2 國內外對目標的研究

2.1 國外研究情況

美國國防部軍事術語詞典關于“目標”的定義為[1]:

(1)進行交戰(zhàn)或者采取行動時需要考慮的實體(或者物體);

(2)遂行情報活動時,一個國家、區(qū)域、設施、機構或者人員;

(3)為未來射擊所指示并標有編號的區(qū)域;

(4)在支援火力打擊時,擊中目標的彈著點。

2007年4月13日,美軍參聯會主席修訂發(fā)布的《聯合目標選定》關于“目標”的定義為[2]:進行交戰(zhàn)或者采取行動時需要考慮的一個實體或者一個物體。它可以是為支持指揮員作戰(zhàn)目標與作戰(zhàn)意圖所采取行動而識別出的地區(qū)、復合體、設施、部隊、裝備、能力、功能、個人、人群、系統(tǒng)、實體或者行為。

1998年2月1日,美空軍部部長授權發(fā)布的《美空軍情報目標選定指南》中確定“目標特征”的定義[3]有“固有特征”、“被獲取到的特征”、“功能特征”、“物理特征”、“環(huán)境特征”和“機動性特征”等6類。2006年6月8日,其修訂的條令文件給出了4類目標特征,即“物理特征”、“環(huán)境特征”、“功能特征”和“認知特征”。

2007年4月,美軍參聯會修訂《聯合目標選定》關于“目標特征”的定義:每一目標都有不同的固有特征或者被采集到的特征。

總結美軍目標特征的描述和發(fā)展不難看出:時代變遷使美軍的認識水平不斷變化,對目標的描述基本分為三部分:一是目標本身固有的,二是可探測/偵測/監(jiān)測/觀測的,三是和環(huán)境有關的。這些目標特征構成了開展目標偵察、探測、定位、識別、行為預測、威脅評估等活動進行分離、聚類等分析的基礎。

2.2 國內研究情況

國內文獻[4-5]中相關定義:所謂“目標”是指一個待探測、定位、識別和確認的物體。

目標特征是把目標從背景中區(qū)別出來的空間、光譜和強度的形貌。

“目標特征”就是目標特點的征象和標志等,它是區(qū)分目標類別的獨特信號表征集。具體來說,目標所產生的聲、光、電、磁、熱、力等信號中含有目標的特征信息,根據特征的差異就可以區(qū)分目標了。

國內對目標特征的分類存在許多值得商榷的地方:大部分研究都局限在對傳感器特征的研究上,其目的也局限在對目標的身份、個體識別上,而為什么要研究目標、目標對我們構成了什么威脅、如何判斷這些威脅往往被忽視。

3 目標特征模型

我們之所以對目標感興趣,要開展研究,是因為這個目標可能對我們構成了威脅,這種威脅可以用該目標所具備的某些能力來描述,這些能力又可由目標所具備的某些特征參數來衡量,這些能力在戰(zhàn)場環(huán)境中的使用就形成了威脅。

目標威脅由目標的基本戰(zhàn)技性能和入役后的編成及協同關系等形成。目標的部分性能特征和狀態(tài)散布在戰(zhàn)場空間中,被偵察傳感器捕獲,并通過分離聚類、推理融合、外延內插、關聯比對等技術處理方法進行反演?；謴湍繕说膶傩约巴{,與其固有特征、動態(tài)特征以及偵察傳感器特征集之間存在著密切的關系。

本文定義目標特征為:一組可用以表征目標屬性和能力的特征量(一種或者多種),由目標自身所固有的內部性能(包括“固有特征”和“動態(tài)特征”)以及由偵察監(jiān)視傳感器所獲取的目標外部特征參數所構成。

和美軍比較,我們增加了動態(tài)特征,這樣的模式更準確、更全面、更實用。

(1)固有特征

目標固有特征是目標在研制生產定型后所具有的技術性能和狀態(tài),是目標自身固化、捆綁的特性,它不會因偵察監(jiān)視傳感器性能的差異而改變。其要素主要包括功能、物理表征、機動性能和武器裝備性能等。目標具有的獨特固有特征量構成了“固態(tài)特征集”,它描述目標固有屬性,可據此分析判斷目標的類型、用途等。目標固有特征集的構成如圖1所示。

圖1 目標固有特征集構成圖Fig.1 Block diagram of target′s intrinsic feature

(2)動態(tài)特征

目標動態(tài)特征是指目標投入使用并形成戰(zhàn)斗力后所具有的與集群和作戰(zhàn)相關聯的特征,其要素主要包括行為狀態(tài)、指揮協同、隸屬關系、作戰(zhàn)環(huán)境等。

目標進入作戰(zhàn)序列后即有了隸屬指揮關系,其行為遵循戰(zhàn)術條例的各種操作使用規(guī)程。在具體的作戰(zhàn)行動中,目標還會與友鄰部隊形成協同作戰(zhàn)的關系,且會針對不同的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)進程臨時改變操作、使用規(guī)程,這些動態(tài)特征量構成了“動態(tài)特征集”,它描述目標當前的行為狀態(tài),可據此分析判斷目標的集群屬性和威脅程度等。目標動態(tài)特征集構成如圖2所示。

圖2 目標動態(tài)特征集構成圖Fig.2 Block diagram of target′s dynamic feature

(3)傳感器特征

傳感器特征是可由多種探測、偵測、監(jiān)測、觀測傳感器獲得的可表征目標特性的參數,其要素會根據探測、偵測、監(jiān)測、觀測傳感器的不同而不同。

由于目標在多維空間的存在,使其具有多種可探測、偵測、監(jiān)測、觀測的特征參數,這些被傳感器獲得用于檢測、驗證目標的特征量構成了“傳感器特征集”,它描述判證目標屬性的基本特征,可據此分析判斷目標的屬性及當前狀態(tài)。目標傳感器特征集構成如圖3所示。

圖3 目標傳感器特征集構成圖Fig.3 Block diagram of target′s sensor feature

集合目標的各種特征集即可建立目標特征概念模型,如圖4所示。

圖4 目標特征概念模型圖Fig.4 Conceptual model of target feature

4 目標特征的應用

4.1 目標識別

利用同源、異源偵察傳感器獲取的目標傳感器特征參數,可以構建一體化的聯合識別模板,從而提高識別概率,縮短識別時間。應用工作頻率、調制樣式、傳輸協議、細微特征、信息內涵等傳感器特征建立的某目標識別模板示意如圖5所示。

圖5 目標識別模板示意圖Fig.5 Sketch map of target identification′s template

如果一類傳感器要完成對目標的屬性識別需要非常高昂的代價的話(時間、設備、人員的占用及可能獲得的效果比較),聯合識別模板或許會用較少的資源完成同樣的任務。

4.2 目標行為規(guī)則提取

利用偵察傳感器所獲取的準確、真實、完備的信息,通過統(tǒng)計、聚類、分離 、排序、關聯、印證等步驟,提取目標行為習慣及活動規(guī)律,利用其他偵察手段進行驗證,得到目標行為規(guī)則。例如利用信號偵察獲得的信號群電磁態(tài)勢和工作模式情報,加上雷達和圖像偵察獲得的位置、屬性、行為、動向等信息,相互關聯印證后,提取作戰(zhàn)規(guī)則,預測下一步的威脅。

4.3 目標威脅能力預測

辨識和預測目標威脅是開展目標研究的目的。

利用積累的目標固有特征參量以及當前獲取的目標動態(tài)特征參量及戰(zhàn)場實際環(huán)境參量等,可以組合形成目標能力描述模型。例如:固有特征與動態(tài)特征的某些特征量結合可以描述或表征目標的“機動投送能力”、“信息支援能力”、“打擊毀傷能力”、“自衛(wèi)生存能力”、“后勤保障能力”等,從而形成對目標威懾的認知模型。目標威脅能力建模如圖6所示。

圖6 目標威脅能力模型Fig.6Model of target threat capacity estimation

例如,一架飛機有運載能力,該能力可以用來載油,使飛機的航程產生變化,而一旦載油量確定,其升空后的實際航程會隨著時間的推移而縮短。這個運載能力也可以用來載物,這就是它的投送能力,如果“物”是彈藥,會演變成打擊毀傷能力,如果是貨物就是其運輸能力,但運輸能力又和貨物的裝卸及場站準備工作有關,這超出了我們的討論范圍。載機對貨物品類運載量的分配使該飛機的作戰(zhàn)效能發(fā)生變化,這就是以色列企圖利用F-16轟炸伊朗核設施,但受飛機投放能力影響而糾結的原因。掌握這個變化對評估該機的威脅意義重大。

又例如:信息支援能力,既包含信息傳輸能力(指揮鏈、情報鏈、保障鏈、武協鏈等),也包含信息獲取及處理能力(雷達、信號、圖像、電子、聲磁等)、航行安全保障(導航、氣象等)能力等,它們之間相互補充、驗證,使該平臺在外部和自身構建的透明戰(zhàn)場上的安全球保護中遂行作戰(zhàn)任務。

其他如打擊毀傷能力、自衛(wèi)生存能力、后勤保障能力、指揮控制能力等都是戰(zhàn)場目標的重要能力,具體到某目標,允許有能力缺省。在大部分目標研究中,涉及到的這些能力基本夠用。

將該目標威脅能力與特征參數具體關聯起來,并用數學模型固化下來形成模板,逐步完善、驗證,其預測結果可供指揮決策參考。威脅能力與特征參數具體關聯如表1所示。

表1 威脅能力與特征參數關聯表Table 1 Relation form of threat capacity to feature parameter

5 結束語

本文研究的目標對象僅僅適用于軍事目的,如對我們構成威脅的作戰(zhàn)平臺或作戰(zhàn)單元。廣義的目標也可以具備類似的目標特征,但需要作映射對應。

國內外有眾多單位在開展對目標的研究,但由于缺乏統(tǒng)一的認知標準,也沒有可供參考的共同語言,使我們對目標的認識難以統(tǒng)一。通過研究目標的基本能力,我們認為可以從這個角度完成對目標的描述,且可以開展目標的威脅能力預測與評估,這無疑是情報領域值得做但還沒有做好的工作,期待引起國內同行專家們的重視,使我們對目標的研究更加透徹,使目標保障工作更加準確。

[1]US Department of Defense.JP 1-02 Department of Defense Dictionary of Military andAssociated Terms[M].Washington:DoD,2001.

[2]US Department of Defense.JP 3-60 Joint Targeting[M].Washington:DoD,2007.

[3]US Air Force.US.Air Force Pampphlet 14-210 Intelligence[M].Washington:Air Force,1998.

[4]周立偉.目標探測與識別[M].北京:北京理工大學出版社,2008.ZHOU Li-wei.Object Detection and Identification[M].Beijing:Beijing University of Technology Press,2008.(in Chinese)

[5]雷厲.偵察與監(jiān)視[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.LEI Li.Reconnaissance and surveillance[M].Beijing:National Defense Industry Press,2008.(in Chinese)